(1) OEC – Odebrecht Engenharia e Construção – Engenheiro Industrial Mecânico AUTOMAÇÃO DE CENTRAL DE BRITAGEM EM OBRAS
DE CONSTRUÇÃO CIVIL PESADA – UHE BAIXO IGUAÇU
Hamilton Lopes de Lima Júnior (1)
RESUMO
A automação não é nenhuma novidade em um processo industrial, mas quando se fala em central de britagem não é comum encontrar no mercado da construção civil pesada esta tecnologia aplicada em grande escala, em função do pouco conhecimento dos benefícios trazidos ao processo, somado aos custos envolvendo o investimento da planta (CAPEX).
Na busca de uma central de britagem que atendesse a demanda de produção de 1 milhão de toneladas de agregados no projeto da UHE Baixo Iguaçu, foi dimensionada uma planta automatizada visando eficiência produtiva, qualidade do produto e redução no custo operacional.
No processo automatizado são gerados diversos dados que trazem grande confiabilidade na gestão da informação, além de auxiliar nas ações de manutenção, no planejamento e controle da produção e no monitoramento de desempenho do equipamento.
Além de eliminar o contato homem/máquina, o sistema automatizado oferece dispositivos que contribuem com a segurança dos envolvidos na operação.
1. Cenário
Em cenários anteriores, tendo como referência outras obras da Odebrecht Engenharia e Construção (OEC), as plantas de britagem eram operacionalizadas sem a tecnologia da automação, sendo o processo controlado manualmente e sem muitos controles de informações. Na parte da produção, a produtividade era calculada esporadicamente com a ajuda da topografia na medição de estoque, ou com a parada da planta para medições da quantidade de agregado nas correias transportadoras. As quantidades totais britadas não seguiam um controle e planejamento rígido, muitas vezes levando a produções excessivas e gastos desnecessários com equipamentos e mão de obra.
A operação era de forma manual, realizada em uma mesa de comandos, com a cabine de operação posicionada em pontos estratégicos, onde visualmente o operador tomava as devidas ações operacionais. Não existia uma interface de comunicação das variáveis de trabalho da planta com o operador. Os acompanhamentos eram visuais feitos pela equipe operacional, que circulavam ao longo da planta buscando identificar as possíveis falhas e fazendo os ajustes necessários de operação.
As manutenções preventivas eram feitas por inspeção visual de componentes e acompanhamento de horas de trabalho, seguindo o estabelecido nos planos de manutenção. Por ser um processo onde não se tem informações geradas pela planta, a equipe de manutenção fica exposta a possíveis falhas que podem comprometer seriamente a produção do agregado.
1.2. Ideias e ações incorporadas
O conceito era realizar uma gestão mais detalhada e completa da britagem, melhorando sua eficiência produtiva, com um maior controle da informação do processo de fabricação de agregado, reduzindo custos com manutenções e equipe. Para alcançar isso, durante a fase de dimensionamento e projeto do equipamento foi incorporado um sistema automatizado de operação e acompanhamento do processamento de rocha na central de britagem. A mudança permitiria agilizar o trabalho de operação, resumindo todos os comandos em uma interface interativa da planta no computador.
O sistema informa a produtividade e produção total de cada agregado em tempo real, com o uso de balanças instaladas em cada correia, desta maneira, não é necessário interromper a planta para colher dados da produtividade. É possível realizar a manipulação das variáveis de trabalho da planta para adequá-la à produção necessária, como a velocidade de trabalho das calhas de alimentação e controle do fluxo/direcionamento do material.
Com o uso de sensores espalhados por toda a planta é possível verificar as condições de trabalho das correias transportadoras, acompanhar as temperaturas de mancais, as correntes elétricas dos motores dos britadores e ainda verificar qualquer erro de funcionamento que ocorra por uma lista de falhas. Estas funções vêm no auxílio da gestão da manutenção, dessa maneira é possível aplicar práticas de manutenção preditiva e verificar se componentes críticos estão trabalhando dentro das condições ideais ou não.
2. Metodologia
2.1. Concepção do Projeto e Processo de Implantação
A proposta de automatizar a Central de Britagem de UHE Baixo Iguaçu foi uma iniciativa do AFEq (Apoio Funcional de Equipamentos da OEC), em conjunto com o setor de equipamentos da obra e o fabricante Metso na execução do projeto. Após definir os detalhes da automação da planta específica da UHE Baixo Iguaçu, o sistema foi adquirido. Uma equipe especializada do fabricante ficou responsável pela instalação e parametrização de todo o sistema.
2.2. Equipamentos e Insumos
Dentre uma gama de instrumentos de automação oferecido pelo fabricante do equipamento, foi definido como necessário os itens que seguem abaixo:
Estação de Operação: Um PC tipo desktop com monitor 20’’, mouse e teclado alocado na cabine de operação. Tem como função operar a planta em modo automático, intertravado ou totalmente manual, por meio de telas gráficas representativas do processo. O sistema operacional também registra alarmes e eventos ocorridos na planta por um período de 28 dias.
Figura I - Cabine de Operação - Rebritagem
Sensor de rotação em transportadores: Sensor instalado nas correias transportadoras. Tem como função indicar se a correia está patinando, se está com algum problema na velocidade de operação ou na sua partida.
Figura II - Sensor Indutivo de Rotação
Chaves de Emergência para correias transportadoras: Dispositivo responsável pela segurança das pessoas envolvidas no processo de operação próximo a correia em movimento. Quando acionado em situação de emergência, o transportador local desliga imediatamente e inicia a paralisação sequencial dos equipamentos da planta.
Figura III - Chaves de Emergência
Sensor de desalinhamento de correia: Responsável em monitorar o desalinhamento dos transportadores, caso ocorra algum desalinhamento o sistema desliga o transportador local e inicia a paralisação sequencial dos equipamentos subsequentes
Figura IV - Sensores de Desalinhamento
Sensor de nível tipo radar: Sensor instalado na boca de entrada dos britadores cônicos e nos silos de alimentação dos britadores, tendo como objetivo manter a câmara de britagem sempre cheia, condição que traz maior eficiência, qualidade e estabilidade à produção.
Figura V - Sensor de Nível Tipo Radar
Sensor de temperatura nos mancais: Tem como função indicar as temperaturas de trabalho nos pontos críticos dos britadores, caso ultrapasse a temperatura máxima de trabalho o sensor de proteção atuará desligando o equipamento e preservando danos maiores ao componente.
Monitoramento remoto: O sistema permite acesso remoto para visualização e exportação de relatórios de produção e manutenção. Dentre as informações extraídas da planta, é possível acompanhar as temperaturas dos mancais, correntes de trabalho dos motores elétricos, pressão e temperatura nas unidades hidráulicas, registros das balanças integradoras e utilização dos britadores.
Figura VII - Tela do Monitoramento Remoto
2.3. Produtividade Alcançada
A automação em uma planta de britagem permite trabalhar de forma contínua e quando se tem a necessidade de paradas ou partida da planta, isso é feito de forma sequencial e independente, minimizando as perdas produtivas. Outro fator que contribui na produtividade é o controle da carga máxima de trabalho, que permite o bom desempenho dos britadores sem ultrapassar os limites operacionais do equipamento.
Junto ao ganho produtivo, o controle automático de alimentação de material nos britadores traz uma maior cubicidade do material, tendo assim um ganho na qualidade do produto final.
Outro ganho notório no processo automatizado é a agilidade na identificação e solução das falhas, isso porque são geradas mensagens de erros no supervisório indicando o endereço da falha. Para as manutenções preventivas são enviadas mensagens de substituição de peças ao operador conforme o número de horas trabalhadas, facilitando a programação de paradas da planta. Por se tratar de um processo contínuo de produção com carga máxima de trabalho, os desgastes dos revestimentos dos britadores cônicos tornam-se uniformes, melhorando o aproveitamento de mantas e bojos, o que, consequentemente, reduz o custo com materiais de desgaste.
A automatização do processo, onde um operador da estação de trabalho controla e recebe todas as informações da planta, reflete em redução de mão de obra operacional, isto foi comprovado na planta de UHE Baixo Iguaçu, que operou com um baixo efetivo tendo um resultado expressivo no custo da mão de obra. Foram adotados três turnos de trabalhos, sendo dois de operação e um de manutenção. Na busca por economia no consumo de energia elétrica o turno de manutenção atuava nos horários de ponta, ou seja, diariamente eram realizadas manutenções preventivas no período das 18h às 21h, horário em que a
concessionária tem valores diferenciados na tarifa. Está ação diária da manutenção preventiva além de garantir o bom desempenho da planta trouxe um ganho econômico em energia elétrica próximo de R$ 800.000,00 em12 meses.
A tabela (I) demonstra o efetivo da planta de Britagem de UHE Baixo Iguaçu.
Efetivo Britagem
Função Operação Manutenção Operação TOTAL
Encarregado 1 1 1 3 Op. Especializado 1 0 1 2 Op. Primário 1 0 1 2 Mec. Especializado 0 1 0 1 Mec. Montador 1 2 1 4 Mec. Ajustador 0 1 0 1 Soldador 0 1 0 1 Lubrificador 0 1 0 1 Ajudante 3 3 3 9
Tabela I - Equipe de Operação e Manutenção
2.4. Problemas Observados
O processo de automação em plantas de britagem é algo recente no mercado brasileiro de construção. Diante deste cenário houve certa dificuldade para encontrar mão de obra capacitada e com conhecimento da tecnologia. Para suprir essa necessidade foi realizado treinamento de capacitação pelo próprio fabricante, buscando aprimorar o conhecimento da equipe de manutenção e operação.
A tecnologia da automação, que envolve componentes eletroeletrônicos, é um tanto quanto limitada a reparos, sendo necessária a substituição do item quando danificado. Por se tratar de itens específicos, não comum no mercado, é necessário ter peças sobressalentes para eventuais danos.
2.5. Custos incorridos e/ou investimentos
O investimento feito na implantação do sistema de automação na planta de UHE Baixo Iguaçu foi dividido em 3 diferentes pacotes:
2.5.1. Pacote CFTV: R$ 22.200,00
04 câmeras infravermelhas, sendo duas na alimentação das calhas vibratórias, uma no britador HP-200 e uma no britador HP-300.
01 Gravador digital Stand Alone. 01 Monitor LCD 19”
01 Fonte de alimentação
2.5.2. Pacote Automação: R$ 330.600,00
Britagem Primária
01 PC tipo desktop com monitor de 22”, como estação de operação. 01 Switch Ethernet (6 portas RJ45) e fibra ótica, 24 VDC para conexão do
01 Controlador ACN SR1 01 Rack de I/O PMC
01 Nobreak para automação Britagem Secundária
01 PC tipo desktop com monitor de 22”, como estação de operação. 01 Switch Ethernet (6 portas RJ45) e fibra ótica, 24 VDC para conexão do
PC.
01 Controlador ACN CS 02 Racks de I/O SMC 01 Rack de I/O
01 Nobreak para automação 04 sensores de níveis tipo radar
2.5.3. Pacote Monitoramento: R$ 160.000,00
01 Servidor para tendências, eventos e alarmes 01 Modem 3G/GSM/GPRS/EDGE ou ethernet 01 Antena
02 Sensores de temperatura para britadores cônicos 02 Sensores de pressão para britadores cônicos
04 Sensores de temperatura PT-100 com transmissor para britador de mandíbula.
06 Sensores de temperatura PT-100 com transmissor para peneiras 01 Sensor de temperatura PT-100 com transmissor para britador Barmac.
3. Fotos
Figura VIII - Vista Aérea da Central de Britagem
A tela de operação do primário (figura IX) permite o operador realizar todos os comandos operacionais da planta primária e em tempo real recebe todas as informações do processo de britagem.
Figura IX - Tela de Operação da Britagem Primária
A tela de operação da rebritagem (figura X) permite o operador realizar todos os comandos operacionais da planta secundária e em tempo real recebe todas as informações do processo de britagem.
Figura X - Tela de Operação da Rebritagem
Na tela do britador VSI Barmac (figura XI) o operador consegue monitorar todo o funcionamento do equipamento, fazendo leituras das correntes de trabalho dos motores elétricos, verificação das temperaturas nos rolamentos e controle da produção do britador.
Figura XI - Tela de Acompanhamento do Britador VSI
Na tela dos britadores cônicos (figura XII), o sistema supervisório permite o operador acompanhar a corrente de trabalho do motor elétrico, monitorar e controlar a alimentação no britador podendo assim ajustar a quantidade ideal de material para manter a alta produtividade do equipamento.
Figura XII - Tela de Acompanhamento do Britador Cônico
A tela de análise de falhas (figura XIII) informa os últimos registros de falhas no período até 28 dias, indicando a data e hora, origem, endereço e a descrição falha, permitindo assim que a equipe de manutenção atue de forma efetiva na correção da falha existente.
Figura XIII - Tela de Análise e Histórico de Falhas
A tela do relatório de produção (figura XIV) permite aos gestores acompanhar a produção horária da planta de britagem, extrair relatórios de manutenção e verificar funcionalidade dos britadores e peneiras.
Figura XV - Layout do Sistema de Automação
4. Resultados Obtidos
O sistema de automação mostrou-se eficiente, dando uma maior confiabilidade produtiva para a planta, reduzindo custos de operação, minimizando a interferência humana, consequentemente trazendo uma maior segurança aos envolvidos no processo.
Demonstraremos abaixo alguns resultados obtidos durante um período de 12 meses de operação da Central de Britagem.
O ganho de produtividade foi estimado na faixa de 10%, as tabelas abaixo demonstram o ganho produtivo, econômico e o resultado da planta de britagem no contrato de UHE Baixo Iguaçu no período de 12 meses de operação.
Agregado PRODUTIVIDADE
Unidade Sem Automação* Automatizado
Areia Tonelada/hora 100 110
Brita 1 Tonelada/hora 90 100
Brita 2 Tonelada/hora 25 30
TOTAL Tonelada/hora 215 240
Percentual de Ganho 10% de ganho em produtividade
Tabela II - Demonstrativo de Ganhos de Produtividade por Tipo de Agregado
GANHO ECONÔMICO EM FUNÇÃO DO AUMENTO NA PRODUTIVIDADE Período: 12 Meses
Custo Unitário Realizado do Agregado R$/Tonelada R$ 13,57 Quantidade Produzida - Planta Automatizada Toneladas 789.754 Quantidade Produzida - Planta Sem Automação Toneladas 710.778
Ganho Produtivo Toneladas 78.976
Ganho Econômico em Produtividade R$ R$ 1.071.704,32
Tabela III - Ganho Econômico em função do aumento de produtividade
RESULTADO – ORÇAMENTO PREVISTO X REALIZADO - Período: 12 Meses Custo Unitário do Agregado - Previsto R$/Tonelada R$ 15,92 Custo Unitário do Agregado - Realizado R$/Tonelada R$ 13,57 Produção de Agregados no Período Toneladas 789.754 Custo de Produção de Agregados - Previsto R$/Toneladas R$ 12.572.883,68 Custo de Produção de Agregados - Realizado R$/Toneladas R$ 10.716.961,78 Resultado da Central de Britagem R$ R$ 1.855.921,90
Tabela IV - Orçamento Previsto X Custo Realizado
4.1 Mão de Obra
Outro ganho significativo foi na redução do efetivo operacional, nas tabelas abaixo é mostrada a diferença entre custo do efetivo de uma planta automatizada e uma planta sem automação.
Custo Mensal de Mão de Obra Central de Britagem com Automação Função TOTAL Custo
Horário Horas Mês Custo Mensal Encarregado 3 46,57 220 R$ 30.736,20 Op. Especializado 2 26,91 220 R$ 11.840,40 Op. Primário 2 18,19 220 R$ 8.003,60 Mec. Especializado 1 26,91 220 R$ 5.920,20 Mec. Montador 4 23,27 220 R$ 20.477,60 Mec. Ajustador 1 23,27 220 R$ 5.119,40 Soldador 1 18,19 220 R$ 4.001,80 Lubrificador 1 17,05 220 R$ 3.751,00 Ajudante 9 13,73 220 R$ 27.185,40 MDO TOTAL 24 CUSTO TOTAL R$ 117.035,60
Tabela V - Custo Mensal de Mão de Obra (C/ Automação)
Custo Mensal de Mão de Obra Central de Britagem sem Automação Função TOTAL Custo
Horário Horas Mês Custo Mensal Encarregado 3 46,57 220 R$ 30.736,20 Op. Especializado 2 26,91 220 R$ 11.840,40 Op. Primário 2 18,19 220 R$ 8.003,60 Mec. Especializado 1 26,91 220 R$ 5.920,20 Mec. Montador 8 23,27 220 R$ 40.955,20 Mec. Ajustador 1 23,27 220 R$ 5.119,40 Soldador 1 18,19 220 R$ 4.001,80 Lubrificador 1 17,05 220 R$ 3.751,00 Ajudante 11 13,73 220 R$ 33.226,60 MDO TOTAL 30 CUSTO TOTAL R$ 143.554,40
4.2 Manutenção
Nas tabelas abaixo é mostrado o controle de substituição dos revestimentos de desgastes dos britadores cônicos e do VSI:
SUBSTITUIÇÃO DE REVESTIMENTOS DE DESGASTE – BRITADOR CÔNICO HP 200 Troca DATA Horas
Trabalhadas Horas Trabalhadas em Produção Pesos [Kg] % Aumento Vida Útil Manta Bojo 1ª 13/05/2016 876 762 360 480 NA 2ª 01/08/2016 976 789 360 480 3,5% 3ª 19/01/2017 1.547 1.345 180 300 70%
Tabela VIII - Acompanhamento de Material de Desgaste - HP200
SUBSTITUIÇÃO DE REVESTIMENTOS DE DESGASTE – BRITADOR CÔNICO HP 300 Troca DATA Horas
Trabalhadas Horas Trabalhadas em Produção Pesos [Kg] % Aumento Vida Útil Manta Bojo 1ª 13/05/2016 873 759 640 660 NA 2ª 01/08/2016 897 776 640 660 2,3% 3ª 19/01/2017 1.537 1.099 380 420 42%
Tabela IX - Acompanhamento de Material de Desgaste - HP300
SUBSTITUIÇÃO DE ROTOR – BRITADOR VSI BARMAC 7150 Troca DATA Horas Trabalhadas
em Produção Peso [Kg] % Aumento Vida Útil 1ª 21/04/2016 685 573 NA 2ª 08/07/2016 856 560 26% 3ª 28/11/2016 1.314 535 57%
Tabela X - Acompanhamento de Material de Desgaste - Barmac 7150 Podemos observar que por meio do acompanhamento dos indicadores de horas trabalhadas e pesos dos revestimentos, tivemos um aumento de até 70% na vida útil dos materiais de desgastes.
Este ganho está associado ao processo de automação, visto que proporciona o acompanhamento dos indicadores de produção e também uma alimentação constante e uniforme das câmaras de britagem.
Custo Mão de Obra - Período: 12 Meses
Central de Britagem com Automação R$ 1.404.427,00 Central de Britagem sem Automação R$ 1.722.652,00 Resultado em Mão de Obra R$ 318.225,00
O aumento da vida útil dos revestimentos contribuiu para reduzir o custo de fabricação dos agregados.
4.3 Indicadores Central de Britagem de UHE – Baixo Iguaçu
O gráfico abaixo mostra a eficiência mecânica e operacional da planta de britagem, indicando dentro das horas disponíveis para operação o quanto foi utilizado em produção, o quanto a planta esteve disponível para operação e as perdas gerenciais.
Disponibilidade Mecânica = 89 % Fator de Utilização = 82,5 % Perdas Gerenciais = 6,77 %
Gráfico I - Indicadores da Central de Britagem
Obs.: Em função de paralisação da obra, durante o mês de novembro não houve produção de agregados na central de britagem.
4.4 Segurança
Um reflexo das melhorias trazidas pelo processo de automação, que tem como foco a redução de interferência humana nos processos produtivos, foi a redução de acidentes e o aumento da segurança. Como exemplo, durante todo período de trabalho da britagem de UHE Baixo Iguaçu não houve nenhum tipo de acidente de trabalho, nem mesmo simples atendimentos ambulatoriais (SAA) no local, cumprindo com a principal meta da segurança do trabalho, o programa Zero Acidentes.
4.5 Economia no uso de recursos naturais e de insumos.
Como a automação gera informações confiáveis no processo de produção, torna-se possível controlar os estoques a partir de um escopo de necessidade já predefinido pelo planejamento, permitindo assim que a matéria prima do agregado, a rocha natural, seja processada somente o volume previamente estipulado.
Com a informação momentânea de produtividade de cada agregado é possível que o operador controle o fluxo do material e atinja os volumes necessários, reduzindo a sobra de material.
O resultado gera ganhos econômicos, com a redução de horas de operação de equipamentos de carga, transporte e britagem, evitando assim a sobra ou desperdiço de material.
4.6 Riscos eliminados ou controlados com a inovação desenvolvida
O processo de britagem automatizado elimina uma série de intervenções humanas, consequentemente elimina a exposição aos riscos. Durante a operação de uma planta de britagem automatizada todos os ajustes e regulagens da planta são feitos pelo operador na cabine de operação, utilizando um computador com o software do próprio fabricante.
5. Áreas de Aplicação
O sistema de automação pode ser aplicado a qualquer planta de britagem utilizada na construção civil. Assim como em qualquer investimento, vale avaliar se o ganho produtivo supera o valor do gasto na automação, conforme o escopo de necessidade de material processado definido no estudo do projeto.
6. Referências
OEC - Odebrecht Engenharia e Construção, Acervo Prêmio Destaque 2017. Metso, Service Tips (Construção) – 2008 a 2014
Kardec, Alan e Nascif, Julio, Manutenção - Função Estratégica, 4ª Edição, Qualitymark Editora, Rio de Janeiro, 2017.
